The success of the Operon Model of

The success of the Operon Model of gene expression in explaining the observed phenotypes of sugar metabolism convinced Monod that all regulation was negative regulation.

However, at the same time as he was developing the model to explain lactose metabolism, Ellis Englesberg was studying the metabolism of arabinose in E. coli. Englrsberg did all the proper genetic analysis and came to the conclusion that expression of the arabinose operon was regulated in a positive manner. It took quite some time before Englesberg's hypothesis was validated.

 

The Arabinose Operon

The ara operon codes for three enzymes that are required to catalyze the metabolism of arabinose.

Arabinose isomerase - encoded by araA - coverts arabinose to ribulose

Ribulokinase - encoded by araB -- phosphorylates ribulose

Ribulose-5-phosphate epimerase - encoded by araD -- converts ribulose-5-phosphate to xylulose-5-phosphate which can then be metabolized via the pentose phosphate pathway.
The three structural genes are arranged in an operon that is regulated by the araC gene product. There are four important regulatory sites as shown in the following diagram:

 

 

 

araO1 is an operator site. AraC binds to this site and represses its own transcription from the PC promoter. In the presence of arabinose, however, AraC bound at this site helps to activate expression of the PBAD promoter.

araO2 is also an operator site. AraC bound at this site can simultaneously bind to the araI site to repress transcription from the PBAD promoter

araI is also the inducer site. AraC bound at this site can simultaneously bind to the araO2 site to repress transcription from the PBAD promoter. In the presence of arabinose, however, AraC bound at this site helps to activate expression of the PBAD promoter.

CRP binds to the CRP binding site. It does not directly assist RNA polymerase to bind to the promoter in this case. Instead, in the presence of arabinose, it promotes the rearrangement of AraC when arabinose is present from a state in which it represses transcription of the PBAD promoter to one in which it activates transcription of the PBAD promoter.
Regulation of the arabinose operon is, clearly, much more complex than the lactose operon.

When arabinose is absent, there is no need to express the structural genes. AraC does this by binding simultaneously to araI and araO2. As a result the intervening DNA is looped. These two events block access to the PBAD promoter which is, in any case, a very weak promoter (unlike the lac promoter):



AraC also prevents its own expression. Thus, it is an autoregulator of its own expression. This makes sense; there is no need to over-express AraC. If the concentration falls too low then transcription of araC resumes until the amount of AraC is sufficient to prevent more transcription again.

 

When arabinose is present, it binds to AraC and allosterically induces it to bind to araI instead araO2. If glucose is also absent, then the presence of CRP bound to its site between araO1 and araI helps to break the DNA loop and also helps AraC to bind to araI:



 

The ara operon demonstrates both negative and positive control. It shows a different function for CRP. It also shows how a protein can act as a switch with its activity being radically altered upon the binding of a small molecule.

 

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ความสำเร็จของรุ่น Operon ของยีนในการอธิบายฟีสังเกตของน้ำตาลเชื่อ Monod ว่า ข้อบังคับทั้งหมดถูกลบระเบียบอย่างไรก็ตาม ในเวลาเดียว เขาได้พัฒนาแบบจำลองเพื่ออธิบายการเผาผลาญการย่อยแลคโตส เอลลิส Englesberg เรียนเผาผลาญ arabinose ใน E. coli Englrsberg ได้วิเคราะห์ทางพันธุกรรมที่เหมาะสมทั้งหมด และมาสรุปว่า ของ arabinose operon ถูกควบคุมในทางบวก มันใช้เวลาค่อนข้างบางก่อนมีการตรวจสอบสมมติฐานของ Englesberg Arabinose Operonรหัส operon ara สำหรับเอนไซม์ที่สามที่จะต้องเผาผลาญ arabinose สถาบันArabinose ไอโซเมอเรส - เข้ารหัส โดย araA - arabinose coverts เพื่อ ribuloseRibulokinase - เข้ารหัส โดยอาหรับ - phosphorylates ribulose-การเข้ารหัส โดย araD - epimerase Ribulose-5-ฟอสเฟตแปลง ribulose-5-ฟอสเฟต xylulose-5-ฟอสเฟตซึ่งสามารถถูก metabolized แล้วผ่านการสฟอสเฟตยีนโครงสร้างสามจะถูกจัดเรียงใน operon ที่ควบคุม โดยยีนผลิตภัณฑ์ araC มีสี่สำคัญกำกับดูแลตามที่แสดงในแผนภาพต่อไปนี้:   araO1 เป็นเว็บไซต์ดำเนินการ AraC binds ไปยังไซต์นี้ และ represses transcription จากโปรโมเตอร์ PC ของตัวเอง ในต่อหน้าของ arabinose ไร AraC ผูกที่ช่วยให้เว็บไซต์นี้เพื่อเรียกใช้นิพจน์ของโปรโมเตอร์ PBADaraO2 เป็นเว็บไซต์ดำเนินการ พร้อมสามารถผูกไปอาราอิ AraC ผูกที่ปราบปราม transcription จากโปรโมเตอร์ PBADอาราอิก็ไซต์ inducer AraC ผูกที่พร้อมกันสามารถผูกกับเว็บไซต์ araO2 ปราบปราม transcription จากโปรโมเตอร์ PBAD ในต่อหน้าของ arabinose ไร AraC ผูกที่ช่วยให้เว็บไซต์นี้เพื่อเรียกใช้นิพจน์ของโปรโมเตอร์ PBADCRP binds ไปผูก CRP มันไม่ตรงช่วยอาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสจะผูกกับโปรโมเตอร์ที่ในกรณีนี้ แทน ในต่อหน้าของ arabinose มันส่งเสริม rearrangement ของ AraC เมื่อ arabinose อยู่จากสิ่งที่มัน represses transcription ของโปรโมเตอร์ PBAD หนึ่งที่มันเรียกใช้ transcription ของโปรโมเตอร์ PBADระเบียบของ arabinose operon ชัดเจน มีความซับซ้อนมากขึ้นกว่า operon แล็กโทสเมื่อ arabinose ขาดงาน ไม่จำเป็นต้องแสดงยีนโครงสร้าง AraC ไม่นี้ โดยรวมพร้อมกันเพื่ออาราอิและ araO2 ดังนั้น ดีเอ็นเออยู่ระหว่างกลางมี looped เหตุการณ์เหล่านี้สองบล็อกถึงโปรโมเตอร์ PBAD ซึ่งเป็น,,โปรโมเตอร์อ่อนมาก (ต่างจากโปรโมเตอร์ลัค):AraC นอกนิพจน์ของตัวเอง ดังนั้น จึงเป็น autoregulator ของนิพจน์ของตัวเอง นี้ทำให้รู้สึก ไม่จำเป็นต้อง AraC ด่วนมากเกินได้ ถ้าความเข้มข้นอยู่ต่ำเกินไป แล้ว transcription araC ดำเนินต่อจนถึง ยอดของ AraC เพียงพอที่จะป้องกัน transcription เพิ่มเติมอีก เมื่อ arabinose อยู่ binds ไป AraC และ allosterically ก่อให้เกิดการผูกกับอาราอิแทน araO2 ถ้ากลูโคส ยังขาด แล้วของ CRP กับเว็บไซต์ของ araO1 และราอิช่วยทำลายวนดีเอ็นเอ และยัง ช่วย AraC จะผูกกับอาราอิ: Ara operon แสดงให้เห็นถึงการควบคุมทั้งลบ และบวก แสดงฟังก์ชันแตกต่างกันสำหรับ CRP มันยังแสดงว่าโปรตีนสามารถทำหน้าที่เป็นสวิตช์กับกิจกรรมที่มีการเปลี่ยนแปลงก็ตามการรวมโมเลกุลเล็ก ๆ 

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ความสำเร็จของ Operon รูปแบบของการแสดงออกของยีนในการอธิบาย phenotypes สังเกตของการเผาผลาญน้ำตาล Monod เชื่อว่ากฎระเบียบทุกอย่างเป็นระเบียบเชิงลบ. อย่างไรก็ตามในเวลาเดียวกับที่เขาได้รับการพัฒนารูปแบบที่จะอธิบายการเผาผลาญของแลคโตส, เอลลิส Englesberg เรียนการเผาผลาญ arabinose ในเชื้อ E. coli Englrsberg ทำทุกการวิเคราะห์ทางพันธุกรรมที่เหมาะสมและมาสรุปว่าการแสดงออกของ operon อราบิโนถูกควบคุมในลักษณะที่เป็นบวก มันต้องใช้เวลาค่อนข้างบางเวลาก่อนสมมติฐาน Englesberg ได้รับการตรวจสอบ. arabinose Operon รหัส operon ara สามเอนไซม์ที่จำเป็นต่อการกระตุ้นการเผาผลาญอาหารของอราบิโน. isomerase arabinose - เข้ารหัสโดย araA - ขนอ่อน arabinose เพื่อ ribulose Ribulokinase - เข้ารหัสโดยอาหรับ - phosphorylates ribulose Ribulose-5-ฟอสเฟต epimerase - เข้ารหัสโดยราด - แปลง ribulose-5-ฟอสเฟต xylulose-5-ฟอสเฟตซึ่งจากนั้นจะสามารถเผาผลาญผ่านทางเดินฟอสเฟต pentose. สามยีนโครงสร้างจะจัดใน operon ที่ถูกควบคุมโดย Arac ผลิตภัณฑ์ยีน มีสี่เว็บไซต์การกำกับดูแลที่สำคัญดังแสดงในแผนภาพต่อไปนี้: araO1 เป็นเว็บไซต์ผู้ประกอบการ Arac ผูกกับเว็บไซต์นี้และ represses ถอดความของตัวเองจากการก่อการพีซี ในการปรากฏตัวของ arabinose แต่ Arac ผูกไว้ที่เว็บไซต์นี้จะช่วยให้การเปิดใช้งานการแสดงออกของโปรโมเตอร์ PBAD. araO2 ยังเป็นผู้ประกอบการ Arac ผูกไว้ที่เว็บไซต์นี้พร้อมกันสามารถเชื่อมโยงกับเว็บไซต์ของอาราอิที่จะระงับการถอดความจากโปรโมเตอร์ PBAD Arai ยังเป็นที่ชักนำ Arac ผูกไว้ที่เว็บไซต์นี้พร้อมกันสามารถเชื่อมโยงกับเว็บไซต์ araO2 ที่จะระงับการถอดความจากโปรโมเตอร์ PBAD ในการปรากฏตัวของ arabinose แต่ Arac ผูกไว้ที่เว็บไซต์นี้จะช่วยให้การเปิดใช้งานการแสดงออกของโปรโมเตอร์ PBAD. CRP ผูกกับเว็บไซต์ CRP ที่มีผลผูกพัน มันไม่ได้ช่วยโดยตรง rna โพลิเมอร์ที่จะผูกกับผู้ก่อการในกรณีนี้ แต่ในการปรากฏตัวของอราบิโนจะส่งเสริมการปรับปรุงใหม่ของ Arac เมื่อ arabinose เป็นปัจจุบันจากรัฐในการที่จะ represses ถอดความจากโปรโมเตอร์ PBAD ให้เป็นหนึ่งในการที่จะเปิดใช้งานการถอดความจากโปรโมเตอร์ PBAD. กฎระเบียบของ operon อราบิโนเป็นอย่างเห็นได้ชัด มากความซับซ้อนกว่า operon แลคโตส. เมื่อ arabinose ขาดมีความจำเป็นที่จะแสดงยีนโครงสร้างไม่มี Arac ไม่นี้โดยมีผลผูกพันพร้อมกันเพื่ออาราอิและ araO2 เป็นผลดีเอ็นเอแทรกแซงจะคล้อง ทั้งสองเหตุการณ์ปิดกั้นการเข้าถึงผู้ก่อการ PBAD ซึ่งเป็นในกรณีใด ๆ ก่อการอ่อนแอมาก (เหมือนก่อการครั่ง): Arac ยังป้องกันไม่ให้การแสดงออกของตัวเอง ดังนั้นจึงเป็น autoregulator ในการแสดงออกของตัวเอง นี้ทำให้รู้สึก; มีความจำเป็นต้องมากกว่าด่วน Arac ไม่มี ถ้าความเข้มข้นตกอยู่ต่ำเกินไปแล้วถอดความจาก Arac ดำเนินการต่อไปจนกว่าปริมาณของ Arac จะเพียงพอที่จะป้องกันไม่ให้เกิดการถอดความมากขึ้นอีกครั้ง. เมื่อ arabinose เป็นปัจจุบันมันผูกกับ Arac และก่อให้เกิดการ allosterically มันผูกกับอาราอิแทน araO2 หากระดับน้ำตาลยังขาดแล้วการปรากฏตัวของ CRP ผูกไว้กับเว็บไซต์ของตนระหว่าง araO1 และอาราอิจะช่วยให้การทำลายดีเอ็นเอห่วงและยังช่วย Arac ผูกกับอาราอิ: operon ara แสดงให้เห็นถึงการควบคุมทั้งลบและบวก มันแสดงให้เห็นการทำงานที่แตกต่างกันสำหรับ CRP นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าเป็นโปรตีนที่สามารถทำหน้าที่เป็นสวิทช์ที่มีกิจกรรมของการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงเมื่อมีผลผูกพันของโมเลกุลขนาดเล็ก



 












 

 

 
















 





 



 

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ความสำเร็จของโอเปอรอนรูปแบบการแสดงออกของยีนในการอธิบายลักษณะฟีโนไทป์ของการเผาผลาญน้ำตาลมั่นใจ Monod ที่ระเบียบคือระเบียบลบ

แต่ในเวลาเดียวกับที่เขาได้พัฒนาแบบจำลองเพื่ออธิบายการเมแทบอลิซึม เอลลิส englesberg ศึกษาเมแทบอลิซึมของน้ำตาลใน E . coli เหรอ .